На правах рукописи

КОЗЛИТИН Анатолий Мефодьевич РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И МЕТОДОВ ОЦЕНКИ РИСКОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА Специальность 05.26.03. - Пожарная и промышленная безопасность (Нефтегазовая отрасль)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Уфа - 2006

Работа выполнена в Саратовском государственном техническом университете.

Научный консультант доктор технических наук, профессор, Попов Анатолий Иванович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Хуснияров Мират Ханифович;

доктор технических наук, профессор, Нугаев Раис Янфурович;

доктор технических наук Елохин Андрей Николаевич.

Ведущая организация Российский государственный университет нефти и газа им. И.М.Губкина.

Защита состоится 10 февраля 2006 года в 10-00 на заседании диссертационного совета Д_212.289.05 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан л 22 декабря 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Закирничная М.М.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Ускорение темпов и расширение масштабов производственной деятельности в современных условиях неразрывно связано с возрастающим использованием энергонасыщенных технологий и опасных веществ. В результате возрастает потенциальная угроза для здоровья и жизни людей, окружающей среды, материальной базы производства.

В первую очередь это относится к объектам нефтегазового комплекса, где наблюдаются постоянная интенсификация технологий, связанная с возрастанием температур и давлений, укрупнение единичных мощностей установок и аппаратов, наличие в них больших запасов взрыво-, пожаро- и токсикоопасных веществ.

Отсюда, как следствие, возможен рост числа аварий со все более тяжелыми социальными, экономическими и экологическими последствиями.

Поскольку наряду с природными катастрофами увеличивается число техногенных аварий, к середине наступившего столетия может оказаться, что в совокупности они будут нивелировать усилия по развитию экономики. Поэтому большинство развитых стран переходит на новую стратегию обеспечения безопасности, основанную на принципах прогнозирования и предупреждения техногенных аварий.

В этой связи можно утверждать, что оценка риска и разработка мероприятий по снижению последствий техногенных аварий являются фундаментальной научной основой достижения устойчивого развития общества.

В связи с этим задачи развития теории и методов оценки рисков и выработки научно обоснованных методов управления безопасностью объектов нефтегазового комплекса становятся особо актуальными.

Актуальность и важность представленного исследования подтверждается участием автора в выполнении научно-технической программы Министерства образования Российской Федерации Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники 2000 - 2003 гг.

Целью работы является развитие теории и методов комплексного анализа уровня опасности сложных технических систем на основе интегрированного риска для повышения промышленной безопасности опасных производственных объектов на примере объектов нефтегазового комплекса.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

1. Разработка методологии количественной оценки интегрированного риска, в том числе теоретическое обоснование и методическое определение комплексного показателя потенциальной опасности объектов нефтегазового комплекса.

2. Развитие теории и аналитических методов количественной оценки риска последствий возможных аварий на объектах нефтегазового комплекса.

3. Теоретическое обоснование и применение физико-математических моделей развития аварийных процессов и распространения поражающих факторов в окружающей среде.

4. Разработка методов анализа опасности возможных аварийных ситуаций в составе планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций (ПЛАС) на объектах нефтегазового комплекса.

5. Разработка методов анализа и выполнение количественной оценки интегрированного риска установок нефтеперерабатывающих предприятий с учетом технологических особенностей, схемных решений, специфики возникновения и развития аварийных и чрезвычайных ситуаций.

6. Разработка методов и выполнение анализа риска аварий в составе проектной документации на примере проектов реконструкции опасных производственных объектов.

7. Разработка методов анализа безопасности и оценки интегрированного риска функционирования трубопроводного транспорта нефтегазового комплекса.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Теория и методы комплексного анализа уровня опасности сложных технических систем, разработанные с учетом специфики опасных производственных объектов нефтегазовой отрасли.

2. Математическая модель и метод количественной оценки интегрированного риска.

3. Методика картирования потенциального, индивидуального и коллективного риска, позволяющая получить пространственное распределение уровней каждого из рисков.

4. Методика построения регрессионной модели технического риска, с учетом взаимосвязи физических и вероятностных процессов в технической системе.

5. Математические модели параметрических и координатных законов токсического и фугасного поражения реципиента.

6. Анализ риска аварий, выполненный в декларациях промышленной безопасности, в составе проектной документации, в составе планов локализации и ликвидации аварийных ситуаций ряда действующих и проектируемых опасных производственных объектов нефтегазового комплекса.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые поставлена и решена научная проблема комплексного анализа уровня опасности объектов нефтегазовой отрасли на основе интегрированного риска возникновения и развития аварий в сложных технических системах, выраженного в едином стоимостном эквиваленте и объединяющего риски социального, материального и экологического ущербов.

2. Разработан метод количественной оценки интегрированного риска, основанный на использовании стохастической модели возникновения и развития аварии в сложной технической системе, локальных характеристик степени воздействия поражающих факторов на реципиента в форме координатных и параметрических законов поражения, а также удельных стоимостных характеристик прямых потерь и цены спасения жизни человека.

3. Разработана и доведена до практического применения оригинальная методика картирования потенциального, индивидуального и коллективного риска, позволяющая на основе учета стохастических процессов возникновения, развития и воздействия поражающих факторов аварии, получить пространственное распределение уровней каждого из рисков и выявить зоны, в пределах которых необходимо принятие определенных мер, направленных на повышение уровня промышленной безопасности.

4. Предложена и используется на практике методика, позволяющая на основе декомпозиции возможной аварийной ситуации и метода регрессионного анализа построить для рассматриваемой сложной технической системы модель технического риска, определяющую опасность объекта как источника аварийных выбросов с помощью кривой плотности распределения относительных частот.

5. Показано, что задачи оценки последствий воздействия поражающих факторов на реципиента могут быть сведены к моделированию ситуации с помощью распределения Вейбулла. Выполнен анализ эмпирико-статистических данных о характере воздействия поражающих факторов на человека, технологическое оборудование, здания и сооружения, и получены аналитические зависимости параметрических и координатных законов поражения реципиента, в основу которых положено трехпараметрическое распределение Вейбулла. Определены численные значения параметров соответствующих параметрических и координатных законов поражения реципиента.

6. Разработана и теоретически обоснована методика технико-экономического расчета эффективности инженерных решений обеспечения безопасности объектов нефтегазового комплекса, в которой предложен критерий выбора решений, направленных на повышение уровня промышленной безопасности, включающий величину интегрированного риска.

7. Обоснован метод анализа риска аварий с возникновением гидродинамической волны прорыва на нефтяных резервуарах. Построена модель гравитационного растекания цилиндрического слоя жидкости, и разработана методика оценки времени добегания горящей гидродинамической волны прорыва до рассматриваемой точки территории.

Практическая ценность работы заключается в разработке:

- методик картирования на топографической карте прилегающих селитебных территорий потенциального, индивидуального и коллективного риска гибели людей при авариях на потенциально опасных объектах нефтегазового комплекса;

- методики анализа и количественной оценки риска перехода аварийной ситуации в технологическом блоке установки на более высокий по степени опасности и ожидаемым последствиям уровень Б для разработки ПЛАС;

- методики расчета высотных взрывов газопаровоздушных смесей при залповых выбросах горючей среды на большой высоте из колонных аппаратов;

- методики анализа риска аварий с формированием гидродинамической волны прорыва на нефтяных резервуарах.

Основные результаты выполненных теоретических исследований и разработанные методики внедрены в ОАО Саратовский НПЗ и ОАО Саратовнефтепродукт для использования при анализе и количественной оценке риска аварий в декларациях промышленной безопасности, в планах по предупреждению и ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов, в планах локализации и ликвидации аварийных ситуаций.

Практическая ценность работы также заключается в использовании теоретических положений и разработанных методик при проведении практических занятий по дисциплине Безопасность жизнедеятельности для студентов всех специальностей Саратовского государственного технического университета.

Методы исследования. В основу теоретических исследований были положены методы и концепции теории вероятностей и математической статистики, теории подобия и математического моделирования, теории матриц и теории множеств, исследования операций, системного технико-экономического анализа, декомпозиции развития возможных аварийных ситуаций, выявления закономерностей, описания, обобщения.

Моделирование и расчеты, связанные с анализом и количественной оценкой риска, проведены с использованием методов и средств вычислительной техники и технологий современного анализа данных на компьютере в математических системах: Mathcad 11A, Maple 9XP, Statistica 6, SPSS 11, Statgraphics Plus 5 и других.

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 18 международных, всероссийских, региональных, вузовских научно-технических конференциях и тематических семинарах, в том числе:

- Международной конференции Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды - ПООС-95 (Томск, 1995);

- II Международной научной конференции Mechanizmy i Uwarunkowania Ekorozwoju (Белосток, Польша, 1998);

- 4-й Международной конференции Российского отделения Международного общества экологической экономики Природа и общество на рубеже нового тысячелетия: Глобализация и региональные эколого-экономические проблемы (Саратов, ISEE/RC, 1999);

- Международной научно-технической конференции Международные проекты по решению экологических проблем на территории Саратовской области (Саратов, СГТУ - Белостокский технический университет, Польша, 2001);

- 7-й Международной конференции Российского отделения Международного общества экологической экономики Глобализация, новая экономика и окружающая среда: Проблемы общества и бизнеса на пути к устойчивому развитию (Санкт-Петербург, ISEE/RC, 2005);

- Всероссийской конференции Научные аспекты экологических проблем России (Москва, РАН, 2001);

- 3, 4 и 5-м Всероссийских тематических семинарах Об опыте декларирования промышленной безопасности и страхования ответственности. Развитие методов оценки риска аварий на опасных производственных объектах (Москва, 2002, и 2004);

- Всероссийской научно-практической конференции Экологические проблемы промышленных городов (Саратов, 2003);

- тематическом семинаре Департамента предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций МЧС России О новых требованиях по предупреждению чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах и объектах жизнеобеспечения. Проблемы оценки риска, декларирования безопасности, страхования ответственности за причинение вреда при эксплуатации опасных объектов (Москва, 2003);

- региональной научно-практической конференции Проблемы автодорожного комплекса Саратовской области и пути их решения (Саратов, 1996);

- научно-практической конференции Безопасность больших городов (Москва, 1997);

- научно-практической конференции Декларирование безопасности и страхование гражданской ответственности потенциально опасных предприятий Саратовской области (Саратов, 1996);

- 4-й и 9-й ежегодных итоговых научно-практических конференциях Саратовского регионального отделения Российской экологической академии (Саратов, 1998 и 2003);

- 6-й научно-технической конференции РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России (Москва, 2005);

- 58-й научно-технической конференции СГТУ (Саратов, 1994).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 50 печатных работах, в том числе 6 статьях в периодических научных и научно-технических изданиях из перечня ВАК РФ, 3 монографиях, 5 статьях в зарубежных периодических изданиях, 36 статьях в международных и межвузовских сборниках научных трудов и материалах научных конференций.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов и списка использованной литературы из 325 наименований. Содержит страниц, 88 таблиц, 142 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ